DE4307096C2 - Verfahren zum Ansteuern eines wechselstromgespeisten Einphaseninduktionsmotors - Google Patents
Verfahren zum Ansteuern eines wechselstromgespeisten EinphaseninduktionsmotorsInfo
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- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
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- H02P1/00—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines wechsel
stromgespeisten Einphaseninduktionsmotors mit einer Hauptwicklung
und einer Hilfswicklung gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1
angegebenen Merkmalen.
Einphaseninduktionsmotoren werden für Wechselstrombetrieb kleine
rer Leistungen bis etwa 1,5 kW gebaut. Sie sind mit einem Käfigläu
fer versehen und werden einphasig an das Netz angeschlossen. Solche
Motoren werden heutzutage in großen Stückzahlen gebaut. Sie weisen
eine Hauptwicklung (auch Arbeitswicklung genannt) sowie eine Hilfs
wicklung (auch Anlaufwicklung genannt) auf. Diese Hilfswicklung ist
erforderlich, um den Motor anfahren zu können. Die Hilfswicklung
wird üblicherweise parallel zur Hauptwicklung in Reihe mit einem
Kondensator geschaltet, um so eine Phasenverschiebung zwischen
Haupt- und Hilfswicklung zu erzeugen. Wenn die Hilfswicklung als
reine Anlaufwicklung gedacht ist, wird diese nach Erreichen der
Betriebsdrehzahl abgeschaltet. Es wird jedoch auch häufig eine Be
triebsart gewählt, bei der die Hilfswicklung über einen Kondensator
im Betrieb zugeschaltet bleibt, dann wird jedoch die Kondensatorka
pazität bei Erreichen der Betriebsdrehzahl verringert, was in der
Regel durch Abschalten eines zweiten parallelen Kondensators er
folgt.
Allen Betriebsarten gemeinsam ist jedoch mindestens ein in Reihe zu
einer Wicklung schaltbarer Kondensator. Hierbei handelt es sich um
ein großvolumiges Bauelement, das nur im Ausnahmefall im Klem
menkasten des Motors untergebracht werden kann. Der Kondensator
erhöht nicht nur die Baugröße des Aggregats, er verteuert auch die
Herstellungskosten und kann den Motor hinsichtlich seiner Tempera
turfestigkeit und seiner Zuverlässigkeit negativ beeinflussen.
Aus der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegenden DE-OS 21 10 796 ist es bekannt, diesen Kondensator durch eine
Schaltungsanordnung zu ersetzen, bei der mittels Schaltern aus der
Netzwechselspannung zueinander phasenverschobene Wechselspannun
gen erzeugt werden, die den beiden Wicklungen des Motors zugeführt
werden. Dies erfolgt insbesondere während des Betriebs zur Dreh
zahlsteuerung des Motors.
Mit der vorbeschriebenen bekannten Schaltungsanordnung ist es zwar
möglich, die Drehzahl des Motors ausgehend von der durch die
Netzfrequenz vorgegebenen Drehzahl nach unten hin zu variieren
sowie den sonst üblichen Anfahr- oder auch Betriebskondensator
durch Halbleiterbauelemente zu ersetzen, doch sind darüber hinausge
hende Anwendungen mit dieser Schaltungsanordnung nicht
vorgesehen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren so weiterzubilden,
daß ein einfaches Anfahrverhalten für den Betrieb mit Netzfrequenz
erreicht wird, insbesondere das Anfahrverhalten des Motors gezielt
steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnen
den Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Während
beim Stand der Technik nach DE-OS 21 10 796 die zyklische Ansteue
rung von Haupt- und Hilfswicklung ausschließlich zur Drehzahlredu
zierung eingesetzt wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
durch Wahl der Anzahl von Zyklen ein gewünschtes Anlaufverhalten
festgelegt. Während des Betriebes hingegen wird die Hilfswicklung
ausgeschaltet und die Hauptwicklung an die Netzwechselspannung
angelegt.
Schaltungstechnisch besonders günstig ist es, wenn die Netzwechsel
spannung halbwellenweise aufgespalten wird, das heißt, daß die pha
senverschobenen Wechselspannungen aus Halbwellen der Netzwech
selspannung zusammengesetzt werden. Schaltungstechnisch hat dies
den Vorteil, daß die Schaltvorgänge ohne großen elektronischen
Schaltaufwand durchgeführt werden können. Die Schalter schalten
dann immer im Nulldurchgang der Netzwechselspannung, das heißt
praktisch ohne Last.
Zum Anfahren des Motors hat es sich als besonders günstig erwiesen,
die Haupt- und die Hilfswicklung mit einem oder mehreren Zyklen
anzusteuern, die aus einer ersten Halbwelle der Netzwechselspannung
bestehen, mit der eine Wicklung, beispielsweise die Hauptwicklung
beaufschlagt wird und die weiterhin aus der darauf folgenden weite
ren Halbwelle der Netzwechselspannung bestehen, die der anderen
Wicklung, also beispielsweise der Hilfswicklung, zugeführt wird.
Danach werden dann beide Wicklungen für mindestens die Zeitdauer
einer Halbwelle unbeaufschlagt gelassen, wonach der Zyklus ein-
oder mehrmals, je nach gewünschtem Anfahrverhalten wiederholt
wird. Für ein zügiges Anfahren des Motors hat es sich als besonders
günstig erwiesen, mit einem, drei oder fünf solcher Zyklen den
Motor hochzufahren, wobei sich mit wachsender Zyklenzahl ein
gewisser Rütteleffekt einstellt, der unterstützend zum Losbrechen
eines festgefahrenen Motors eingesetzt werden kann. Durch Bestim
mung der Anzahl dieser Zyklen kann auch die Drehrichtung bestimmt
werden. So hat es sich beispielsweise herausgestellt, daß dann, wenn
man den Motor mit 4 Zyklen an steuert, er in umgekehrter Richtung
anläuft verglichen mit einer Ansteuerung mit 1, 2, 3 oder 5 Zyklen.
Nachdem ein oder mehrere Zyklen durchfahren sind, wird die Hilfs
wicklung abgeschaltet und die Hauptwicklung an die Netzwechsel
spannung angelegt, so daß der Motor in der üblichen Betriebsart
läuft, bei der sonst der Anfahrkondensator mit Hilfswicklung abge
schaltet wäre.
Die Drehrichtung kann jedoch nicht nur durch die Wahl der Anzahl
der Zyklen bestimmt werden, sondern durch die Art der Zyklen
selbst. Je nachdem, welche Halbwelle welcher Wicklung zuerst zu
geführt wird, läuft der Motor in die eine oder aber in die andere
Drehrichtung an. Es kann also letztlich durch Wahl der Aufspaltung
der Netzwechselspannung die Drehrichtung des Motors gesteuert
werden, was von großem Vorteil ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht jedoch nicht nur ein
gezieltes Anfahren des Motors, sondern es kann, wenn gewünscht,
auch in der Betriebsphase die Hilfswicklung zeitweise
gezielt mit einer Wechselspannung angesteuert werden, um bestimmte
Betriebseigenschaften des Motors zu erreichen, wie dies beispielhaft
aus DE-OS 21 10 796 bekannt ist.
Als Schalter werden zweckmäßigerweise Halbleiterbauelemente einge
setzt, die heutzutage nicht nur von der Baugröße, sondern auch von
den Herstellungskosten günstig sind. Da die Schalter den Strom in
beiden Richtungen durchlassen bzw. sperren müssen, werden hier
vorteilhaft jeder Wicklung ein Triac vorgeschaltet, das durch eine
entsprechende Steuerung geschaltet wird. Statt eines Triacs können
auch MOS-controlled-Thyristoren eingesetzt werden.
Die Steuerung kann schaltungstechnisch einfach aufgebaut werden,
indem ein Nulldurchgangsdetektor für die Netzwechselspannung
Verwendung findet, der so geschaltet ist, daß die Triacs in einer
zuvor festgelegten oder festlegbaren Schaltfolge in Abhängigkeit der
Anzahl der erfolgten Nulldurchgänge schalten. Die Steuerung kann
also mittels des Nulldurchgangsdetektors auch getaktet werden.
Der Steuerung kann ein im Motor angeordneter Temperatur
fühler zugeordnet sein, derart, daß beim Überschreiten einer bestimmten
Motortemperatur die Schalter öffnend angesteuert werden. Auf diese
Weise kann die sonst übliche Thermosicherung des Motors kosten
günstig und zuverlässig ersetzt werden. Es ist dabei lediglich ein
Thermofühler in oder auch am Motor vorzusehen, der aufgrund
seiner Baugröße sogar innerhalb der Wicklung angeordnet werden
kann, wodurch eine sehr exakte Temperaturüberwachung möglich ist.
Es werden keine zusätzlichen Schaltelemente benötigt, da die ohnehin
vorhandenen, den Wicklungen vorgeschalteten Schalter benutzt wer
den.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das Schaltbild eines Einphaseninduktionsmotors mit der
erfindungsgemäßen Ansteuerung,
Fig. 2 die Aufspaltung der Netzwechselspannung in zwei pha
senverschobene Wechselspannungen,
Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung des Stromverlaufs in den
Motorwicklungen während der Anfahr- und der Be
triebsphase,
Fig. 4 das zeitliche Anfahrverhalten des Motors bei Ansteue
rung mit unterschiedlicher Zyklenzahl.
Das Schaltbild nach Fig. 1 zeigt einen Einphaseninduktionsmotor
mit einer Hauptwicklung 1 sowie einer Hilfswicklung 2. Die beiden
Wicklungen 1, 2 liegen parallel zueinander an den Klemmen 3, 4 eines
Wechselstromversorgungsnetzes. In Reihe zu den Wicklungen 1 und
2 ist jeweils ein Triac 5, 6 als Schaltelement geschaltet. Die Triacs
5, 6 werden von einer Steuerung 7 geschaltet, die ebenfalls vom
Versorgungsnetz gespeist wird. Der Pfeil 8 in Fig. 1 soll verdeutli
chen, daß die Steuerung 7 gegebenenfalls ihrerseits ansteuerbar ist,
so daß beispielsweise auch die Eingliederung in eine Regelschleife
denkbar ist.
Die Steuerung, deren Aufbau hier nicht im einzelnen erläutert wird,
steuert die Triacs 5 und 6 unter Ausnutzung des durch die Nulldurch
gänge 9 der Netzwechselspannung 10 vorgegebenen Taktes. Die an
den Klemmen 3, 4 anliegende Netzwechselspannung 10 ist in Fig. 2a
im zeitlichen Verlauf dargestellt. Die Netzwechselspannung 10 wird
mittels der Steuerung 7 über die Triacs 5 und 6 in zwei Wechsel
spannungen niederer Frequenz aufgespalten, die in Fig. 2b und 2c
dargestellt sind. Die in Fig. 2b dargestellte Wechselspannung 11
wird unmittelbar der Hilfswicklung 2 des Motors zugeführt, während
die in Fig. 2c dargestellte Wechselspannung 12 für die Hauptwick
lung 1 bestimmt ist. Wie die Fig. 2 verdeutlicht, sind die Wech
selspannungen 11 und 12 im Frequenzverlauf identisch, lediglich pha
senverschoben, und zwar um eine Wellenlänge 13 der Netzwechsel
spannung. Wird beim Anfahren des Motors die Hauptwicklung 1 mit
der Wechselspannung 11 beaufschlagt und die Hilfswicklung 2 mit
der Wechselspannung 12, so fährt der Motor in gleicher Weise an,
jedoch in umgekehrter Drehrichtung. Es kann also durch entsprechen
de Beaufschlagung der Wicklungen 1 und 2 die Drehrichtung des
Motors bestimmt werden.
Der einleitend erwähnte Zyklus, dessen Art und Anzahl in ganz
entscheidender Weise das Anfahrverhalten des Motors beeinflußt, ist
in Fig. 2 mit 14 gekennzeichnet. Ein Zyklus 14 erstreckt sich über
1,5 Wellenlängen 13 der Netzwechselspannung 10 und beginnt je
weils mit einer Halbwelle, mit der die Hilfswicklung 2 beaufschlagt
wird. Die sich daran anschließende entgegengerichtete Halbwelle wird
der Hauptwicklung 1 zugeführt, wonach über den Zeitraum einer
halben Wellenlänge 13 beide Wicklungen 1 und 2 nicht beaufschlagt
werden. In der übrigen Zeit bleibt jeweils die andere Wicklung
unbeaufschlagt. Welche Wicklung zuerst beaufschlagt wird, ist le
diglich für die Drehrichtung des Motors entscheidend.
Anhand von Fig. 3 ist das Hoch fahren eines Motors in fünf Zyklen
14 dargestellt, wobei die durchgezogenen Linien 15 den Stromverlauf
in der Hilfswicklung 2 und die unterbrochenen Linien 16 den Strom
verlauf in der Hauptwicklung 1 symbolisieren. Aus Fig. 3 ergibt
sich auch, daß nach dem Hochfahren des Motors die Hilfswicklung
2 ausgeschaltet bleibt und die Netzwechselspannung 10 an der Haupt
wicklung 1 anliegt.
Fig. 4 veranschaulicht, wie durch die Wahl der Anzahl der Zyklen
14 das Anfahren des Motors gezielt beeinflußt werden kann. Die
Ordnungszahlen an den fünf dargestellten Kurven symbolisieren die
Anzahl der bis zum Anlegen der Netzwechselspannung 10 an die
Hauptwicklung 1 durchlaufenden Zyklen 14. Bei der Kurve nach Zif
fer (1), bei der nur ein Zyklus 14 durchlaufen worden ist, erreicht
der Motor in kürzester Zeit seine Betriebsdrehzahl, während beim
Durchlaufen mehrerer Zyklen die Drehzahl zwischenzeitlich wieder
abfällt, sich also ein gewisser Rütteleffekt bemerkbar macht. Schließ
lich führt das Anfahren mit vier Zyklen zu einer Drehrichtungsum
kehr des Motors. Die anhand von Fig. 4 dargestellten Kurven ver
anschaulichen nur andeutungsweise, welche Möglichkeiten das erfin
dungsgemäße Verfahren im Hinblick auf die Motorsteuerung bietet.
Mittels der vorbeschriebenen Zyklen 14 kann nicht nur das Anfahr
verhalten und ggf. die Drehrichtung des Motors gezielt beeinflußt
werden, die Pause am Ende eines Zyklus 14 ermöglicht es, auf
elektronischem Wege das Betriebsverhalten des Motors zu ermitteln.
Wenn nämlich in dieser Pause, in der keine der beiden Wicklungen
beaufschlagt ist, das in den Wicklungen durch Drehung induzierte
Signal, das die Wicklungen quasi im Generatorbetrieb abgeben,
entsprechend elektronisch ausgewertet wird, kann der Lastzustand des
Motors, insbesondere auch die bereits erreichte Drehzahl bestimmt
werden. Bei herkömmlichen, über einen Anfahrkondensator angelasse
ne Motoren, ist dies nur über externe Sensorik bzw. durch kurzzeiti
ges Abschalten der Versorgungsspannung möglich, was bekannterma
ßen von Nachteil ist.
Wie sich aus Fig. 1 weiter ergibt, ist der Steuerung 7 ein Tempera
turfühler 17 zugeordnet, der innerhalb oder nahe der Hauptwicklung
1 angeordnet ist, um die Temperatur innerhalb dieser Wicklung zu
erfassen und um den Motor, insbesondere die Wicklung 1, rechtzeitig
vor einer thermischen Überlastung abzuschalten. Der Temperaturfüh
ler 17 in Verbindung mit der entsprechend ausgelegten Steuerung 7
und dem ohnehin vorhandenen Schalter 5 ersetzt also auf sehr elegan
te Weise die sonst übliche Thermosicherung.
Bezugszeichenliste
1 Hauptwicklung
2 Hilfswicklung
3 Klemme
4 Klemme
5 Triac
6 Triac
7 Steuerung
8 Pfeil
9 Nulldurchgänge
10 Netzwechselspannung
11 Wechselspannung für 2
12 Wechselspannung für 1
13 Wellenlänge
14 Zyklus
15 durchzogene Linie
16 unterbrochene Linie
17 Temperaturfühler
2 Hilfswicklung
3 Klemme
4 Klemme
5 Triac
6 Triac
7 Steuerung
8 Pfeil
9 Nulldurchgänge
10 Netzwechselspannung
11 Wechselspannung für 2
12 Wechselspannung für 1
13 Wellenlänge
14 Zyklus
15 durchzogene Linie
16 unterbrochene Linie
17 Temperaturfühler
Claims (2)
1. Verfahren zum Ansteuern eines wechselstromgespeisten
Einphaseninduktionsmotors mit einer Hauptwicklung (1) und einer
Hilfswicklung (2), bei dem die Netzwechselspannung (10) mit Schal
tern (5, 6) in zueinander phasenverschobene Wechselspannungen (11,
12) aufgespalten wird, mit denen die Hauptwicklung (1) und die
Hilfswicklung (2) in Zyklen (14) so gespeist werden, daß eine erste
Halbwelle der Netzwechselspannung (10) der einen und die darauf
folgende Halbwelle der Netzwechselspannung (10) der anderen Wick
lung zugeführt werden, wonach beide Wicklungen (1, 2) für minde
stens die Zeitdauer einer Halbwelle unbeaufschlagt bleiben, dadurch
gekennzeichnet, daß nach einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen
(14), die ein gewünschtes Anlaufverhalten festlegt, die Hilfswicklung
(2) ausgeschaltet wird und die Netzwechselspannung (10) an der
Hauptwicklung (1) anliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
durch Wahl der Halbwellen-Reihenfolge die Anfahrdrehrichtung des
Motors gesteuert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934307096 DE4307096C2 (de) | 1993-03-06 | 1993-03-06 | Verfahren zum Ansteuern eines wechselstromgespeisten Einphaseninduktionsmotors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934307096 DE4307096C2 (de) | 1993-03-06 | 1993-03-06 | Verfahren zum Ansteuern eines wechselstromgespeisten Einphaseninduktionsmotors |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4307096A1 DE4307096A1 (de) | 1994-09-08 |
DE4307096C2 true DE4307096C2 (de) | 1995-08-03 |
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ID=6482128
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19934307096 Expired - Lifetime DE4307096C2 (de) | 1993-03-06 | 1993-03-06 | Verfahren zum Ansteuern eines wechselstromgespeisten Einphaseninduktionsmotors |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4307096C2 (de) |
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CN108051622A (zh) * | 2017-10-16 | 2018-05-18 | 广东东方电讯科技有限公司 | 波形***装置 |
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1993
- 1993-03-06 DE DE19934307096 patent/DE4307096C2/de not_active Expired - Lifetime
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